鋼纖維混凝土的性能綜述

1、-作者xxxx-日期xxxx鋼纖維混凝土的性能綜述【精品文檔】附件1：外文資料翻譯譯文鋼纖維混凝土的性能綜述Department of geotechnical engineering摘要 鋼纖維混凝土（SFRC），作為一種新的土木工程復合材料，近年來已經(jīng)得到廣泛研究。本文對鋼纖維混凝土的基本性能作出了簡單的介紹，并通過以下幾個方面的研究對鋼纖維混凝土進行了討論：鋼纖維的含量和尺寸；三軸試驗；拉伸和壓縮性能；耐疲勞性能；動態(tài)力學性能；延性和一些其他性能。本文提出的問題還有待解決，且對高性能鋼纖維混凝土的進一步發(fā)展前景提出了建議。關(guān)鍵詞 鋼纖維 混凝土 SFRC 性能1 引言 作為最常用的建筑材

2、料，混凝土具有悠久的歷史。在19世紀中期，由于鋼筋混凝土（RC）的廣泛使用，形成了新的工程結(jié)構(gòu)形式，推動了設(shè)計和計算新理論，此外還有新的建筑技術(shù)。 然而，混凝土有一些固有的缺點，如抗拉強度低，延性差和能量吸收少。隨著混凝土的強度增加，這些缺點就越顯著。因此，很多專家努力改善混凝土的性能。改善普通混凝土性能的有效方法是在骨料和水泥混合時通過加入一小部分的鋼筋（在大多數(shù)情況下為0.5-2）來實現(xiàn)的。鋼纖維混凝土的研究起步于20世紀60年代。這些年來經(jīng)過廣泛研究之后，人們普遍認為，加鋼纖維的混凝土可以顯著提高混凝土的性能。 在鋼纖維混凝土中鋼筋的作用是限制裂縫的發(fā)展。在負載的初期狀態(tài)，由骨料和鋼纖維

3、負荷，前者是主要載體。開裂發(fā)生后，靠近裂縫的鋼纖維成為主要載體。如果鋼纖維的體積分數(shù)超過某一臨界值時，鋼纖維混凝土能夠承受較高的載荷和較大的變形，直到鋼纖維被破壞或拉出。因此，與傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土相比，鋼纖維混凝土具有較高的抗壓強度、抗拉強度以及韌性。2 鋼纖維混凝土的性能2.1 鋼纖維的尺寸和含量 對于幾種不同類型的鋼纖維，它們具有不同的長度，直徑，形狀，以及不同的制造工藝。因此，20世紀90年代末對鋼纖維混凝土的研究越來越普遍，而對于研究人員設(shè)計的實驗室測試，他們關(guān)注的第一點就是鋼纖維的含量和尺寸。 C.X.Qian等人研究了優(yōu)化的鋼纖維尺寸，鋼纖維含量等參數(shù)。研究結(jié)果表明：鋼纖維大小不

4、同表現(xiàn)出to different mechanical properties, at least to a different不同的力學性能，且至少有一個方面的力學性能是不同的。少量纖維的添加對抗壓強度有著顯著的影響，influence on the compressive strength, but the splitting tensile而對抗拉強度只有輕微的影響。大量纖維則會產(chǎn)生相反的力學效應，這一措施可以優(yōu)化縱橫比。這種鋼纖維尺寸的影響是由于不同的測試模式引起不同的裂縫密度所引起的。 在混合纖維系統(tǒng)中，協(xié)同效應可以實現(xiàn)與一個具有較高的總纖維含量的單絲系統(tǒng)所實現(xiàn)的效果相類似，這個系統(tǒng)對

5、提供的不同類型和尺寸的纖維進行了適當?shù)姆峙洹?S.J.Pantazopoulou等人在2001年共測試了250個由不同鋼纖維和聚丙烯纖維制成的混凝土圓柱體試件。結(jié)果表明：超細纖維的添加量1%時，可以提高材料的彈性模量和應力-應變剛度峰值，但大量纖維混凝土的澆筑過程對壓實度有著不利影響。峰后延展性可以通過加入長纖維來增強。當鋼筋是具有軸向剛性的纖維時，纖維的依從性是由于沿纖維錨固長度方向有不可逆的損傷引起的，然而，對于彈性模量低的纖維，是由于它們是交叉裂紋路徑可逆伸長的纖維。通過加入纖維影響混凝土的機械性能的變化是類似于被動約束引起的變化，這兩者都提供一個對側(cè)向膨脹混凝土的運動學約束，從而降低其

6、發(fā)生率和失效率。2.2 延性和疲勞 W.Yin等人在1995年研究了疲勞強度和普通鋼纖維混凝土的性質(zhì)。72個鋼筋混凝土試件，其中有含量為1（25毫米）的長纖維，在壓縮疲勞強度上進行了測試。在0（單軸），0.2，0.5和1.0的應力比下分別得到的SN曲線，從而產(chǎn)生一系列的疲勞應力的纖維混凝土。研究發(fā)現(xiàn)，添加纖維不會增加混凝土耐久極限，但是有益于在低周期區(qū)域的持久極限。此外，添加纖維的混凝土增加其延展性，改變失效模式的分裂型斷層類型。所有這些現(xiàn)象可以通過水泥砂基質(zhì)的微裂紋發(fā)展來觀察，并在基體和聚集體之間的粘合面進行說明。 Shanhou Lu 等人在1998年測試了帶肋紋鋼纖維高性能混凝土的彎曲疲

7、勞強度。 結(jié)果顯示，帶肋紋的鋼纖維混凝土彎曲疲勞性能有明顯提高。 當疲勞循環(huán)次數(shù)達到一百萬倍時，帶肋紋鋼纖維混凝土抗折強度是普通混凝土1.65至約2.25倍。鋼纖維混凝土彎曲疲勞強度隨著纖維含量的不同而變化，它可以在路面厚度的設(shè)計中使用。 Handong Yan等人在1999年研究了高強度混凝土的性能（HSC），硅灰高強度混凝土（SIFUHSC），鋼纖維高強混凝土（SFRHSC），和鋼纖維硅粉高強混凝土（SSFHSC）在重復動力荷載的作用下抗沖擊和耐疲勞性能，得到兩個的結(jié)論如下： 當將硅粉或鋼纖維分別加入到HSC中，在沖擊條件下，HSC疲勞性能以及抗重復動態(tài)加載的性能可以被提高。與HSC的比較

8、，鋼纖維高強混凝土的影響指標增加了兩個因素。當沖擊次數(shù)為106時，SIFUHSC和SFRHSC的疲勞強度分別增加38和134。這表明單獨加入鋼纖維的效果大于單獨加入硅粉的效果。 當硅粉和鋼纖維都加入到HSC中，HSC的抗沖擊和耐疲勞性能能夠大幅度提高。當沖擊次數(shù)為106時，疲勞強度增加了四倍。這表明，硅粉和鋼纖維的復合效應大于硅粉或鋼纖維的單獨效果的總和。2.3 尺寸效應 S. Sener 等人在2002年設(shè)計了有關(guān)混凝土梁和無鋼纖維檢驗校準的規(guī)模效應理論的實驗方案。實驗檢查表明： 本實驗結(jié)果清楚地證實了正常強度的鋼纖維具有顯著尺寸效應，并伴隨著脆性的增加。因此，尺寸效應應引入一個現(xiàn)有的修正代

9、碼規(guī)范。 鋼纖維梁的彎曲破壞比無鋼纖維梁具有更大的尺寸效應和更高的脆性。 鋼纖維梁比無鋼纖維梁的斷裂能量和斷裂過程區(qū)分不大。 然而R.V. Balendran等人在2002年進行了一系列的普通和輕骨料混凝土試驗，并得到了一些不同的結(jié)果： 有劈裂抗拉強度的普通和輕骨料混凝土沒有尺寸效應。在纖維強化混凝土（普通和輕集料混凝土）的情況下，當尺寸超過臨界尺寸即150毫米的尺寸時，尺寸效應不顯著。 試樣的尺寸對輕質(zhì)纖維混凝土韌性指標影響不大。另一方面，對于普通纖維增強混凝土，當試樣尺寸增加時，韌性指數(shù)變小。對韌性的需求將在纖維增強結(jié)構(gòu)延性設(shè)計時考慮尺寸效應，這需要進一步的研究來探討有關(guān)韌性的尺寸效應。2

10、.4 動態(tài)力學性能 X. Luo等人在2000年選擇了兩種類型的鋼纖維（CZ，YL），并選取了兩者的不同形狀進行高速沖擊試驗。試驗結(jié)果表明，當受彈珠高速沖擊時，高強度鋼筋混凝土破壞，而高性能鋼纖維混凝土保持完好，只是在前面幾個徑向裂紋面有一些細小的裂縫。彈珠被嵌入或被高性能鋼纖維混凝土反彈。他們對影響指標和有關(guān)參數(shù)阻力的關(guān)系進行了分析?；诹烤V分析，他們有可能通過使用模擬試驗的結(jié)果來預測在實際情況中的滲透性能。此外，在CZ中，穿透深度與彈珠的無量綱速度之間的關(guān)系是由回歸測試結(jié)果建立的。 Yiping Liu 等人在2006年進行了沖擊試驗，通過使用一個直徑為74毫米的分離式霍普金森壓桿研究素混

11、凝土（PC）以及鋼纖維混凝土（SFRC）和鋼纖維增強聚合物改性混凝土（SFRPMC）沖擊破壞性能。結(jié)果表明，三種材料出現(xiàn)應變速率強化作用，與PC以及SFRC相比，SFRPMC表現(xiàn)出更好的抗沖擊性能和能量吸收能力?；趯嶒灲Y(jié)果的分析，提出了SFRPMC和SFRC動態(tài)性能的頻率依賴性損傷模型，這源于材料損傷演化的影響。結(jié)果表明，鋼纖維增強聚合物改性混凝土的損傷發(fā)展比鋼纖維混凝土更慢。2.5 拉伸和壓縮性能 許多研究集中在這一部分，大量含有鋼纖維、聚丙烯纖維和一些添加劑的混凝土的拉伸和壓縮測試已經(jīng)完成。一些典型的結(jié)果如下所列。 P.S. Song等人在2004年研究了不同纖維體積分數(shù)的高強度鋼纖維

12、混凝土（HSFRC）的抗壓強度、劈裂抗拉強度。結(jié)果表明： （1）鋼纖維體積分數(shù)的增加可以改善高強混凝土的抗壓強度。強度最大值出現(xiàn)在纖維含量為1.5%的時候，但與1.5%相比，在2%時略有下降。但比添加纖維之前，仍高12.9%。窗體頂端 （2）劈裂抗拉強度以及HSFRC的斷裂模數(shù)均隨鋼纖維體積分數(shù)的增加而提高。劈裂抗拉強度的強度范圍在19%98.3%，比原來高0.5%到2%。斷裂模數(shù)的范圍為28.1%126.6%，比原來高0.5%到2%。 （3）強度效益表明每個體積分數(shù)最多的為斷裂模量，其次為劈裂抗拉強度和抗壓強度。窗體底端窗體頂端窗體底端窗體頂端 C.D.Atis等人在2007年做了一個關(guān)于粉煤灰混凝土和鋼纖維混凝土的研究，研究表明：加入鋼纖維的混凝土混合物并不能提高抗壓強度。增加纖維含量，抗壓強度只有小幅增加。據(jù)觀察，鋼纖維不能恢復無粉煤灰時抗壓強度的損失。在本研究中使用0.25%和0.5%體積分數(shù)的鋼纖維，對彎曲抗拉強度的影響不顯著。但是，在纖維含量為1%時，彎曲抗拉強度改進范圍為0%到15%，在纖維含量為1.5%時，擴大到30%到66%?；炷粱旌狭侠w維含量分別為0.25%，0.5%，1%和1.5%且不含粉煤灰，對應的劈裂抗拉強度從1%變化到5%，1%至3%，21%至32%和44%至71%。 F.KOksal等人在2008年研究